Движение воздуха из отверстий различной формы и через насадки, потери давления в них. Определение площади отверстий и насадок

Насадками называются короткие трубки, монтируемые, как правило, с внешней стороны резервуара таким образом, чтобы внутренний канал насадка полностью соответствовал размеру отверстия в тонкой стенке.

Насадком называется короткая труба длиной обычно от 3 до 6 d, улучшающая условия вытекания жидкости.

Принято, что размеры резервуара настолько велики по сравнению с размерами выходного отверстия, что можно полностью пренебречь скоростью движения газа внутри резервуара, где при этом давление, температура и плотность газа будут иметь значение параметров торможения, т.е.

Для определения скорости истечения используют формулу Сен-Венана:

Пренебрегая сжатием струи, определяют массовый расход газа, вытекающий через отверстие: (2) где - площадь сечения отверстия. Подставляя (1) в (2) получаем: .

Отношение давлений , при котором массовый расход достигает максимального значения, называется критическим, которое равно:

.

Для газов максимальный расход соответствует критической скорости, которая определяется состоянием газа в резервуаре и не зависит от противодавления той среды, куда происходит истечение. В этом заключается существенное различие между истечением газов и капельных жидкостей.

Критическая скорость определяется как:

, где - местная скорость звука.

Максимальный расход определяется:

где . Для воздуха и двухатомных газов

Коэффициенты истечения зависят от числа Рейнольдса, степени сжатия потока, вида отверстия или насадка и другие факторы. Так при плавном очертании насадка коэффициент расхода принимают от 0,98 до 1; для цилиндрического насадком с фаской – 0,9, а с острой входной кромкой – около 0,88. Для внутренних цилиндрических насадок коэффициент расхода измеряется в пределах 0,71-0,81.

48.Режим движения воздуха в воздухопроводах может быть ламинарным и турбулентным. Переход от ламинарного режима к турбулентному определяется критическим числом Рейнольдса. Ламинарный - это воздушный поток, в котором струйки воздуха движутся в одном направлении и параллельны друг другу. При увеличении скорости до определенной величины струйки воздушного потока кроме поступательной скорости также приобретают быстро меняющиеся скорости, перпендикулярные к направлению поступательного движения. Образуется поток, который называется турбулентным, т. е. беспорядочным.В системах вентиляции наблюдаются, как правило, турбулентные струи. Пограничный слой - это слой, в котором скорость воздуха изменяется от нуля до величины, близкой к местной скорости воздушного потока.

При обтекании тела воздушным потоком (Рис. 1) частицы воздуха не скользят по поверхности тела, а тормозятся, и скорость воздуха у поверхности тела становится равной нулю. При удалении от поверхности тела скорость воздуха возрастает от нуля до скорости течения воздушного потока.

Рассмотрим частицу воздуха А (Рис. 2), которая находится между струйками воздуха со скоростями U₁ и U₂, за счет разности этих скоростей, приложенных к противоположным точкам частицы, она вращается и тем больше, чем ближе находится эта частица к поверхности тела (где разность скоростей наибольшая). При удалении от поверхности тела вращательное движение частицы замедляется и становится равным нулю ввиду равенства скорости воздушного потока и скорости воздуха пограничного слоя.

Позади тела пограничный слой переходит в спутную струю, которая по мере удаления от тела размывается и исчезает. Завихрения в спутной струе попадают на хвостовое оперение самолета и снижают его эффективность, вызывают тряску (явление Бафтинга).

Пограничный слой разделяют на ламинарный и турбулентный (Рис. 3). При установившемся ламинарном течении пограничного слоя проявляются только силы внутреннего трения, обусловленные вязкостью воздуха, поэтому сопротивление воздуха в ламинарном слое мало.

В турбулентном пограничном слое наблюдается непрерывное перемещение струек воздуха во всех направлениях, что требует большего количества энергии для поддерживания беспорядочного вихревого движения и, как следствие этого, создается большее по величине сопротивление воздушного потока движущемуся телу.

Для определения характера пограничного слоя служит коэффициент C_f. Тело определенной конфигурации имеет свой коэффициент. Так, например, для плоской пластины коэффициент сопротивления ламинарного пограничного слоя равен:

для турбулентного слоя

где R_e- число Рейнольдса, выражающее отношение инерционных сил к силам трения и определяющее отношение двух составляющих - профильное сопротивление (сопротивление формы) и сопротивление трения. Число Рейнольдса R_e определяется по формуле:

где V - скорость воздушного потока,

I - характер размера тела,

 - кинетический коэффициент вязкости сил трения воздуха.

При обтекании тела воздушным потоком в определенной точке происходит переход пограничного слоя из ламинарного в турбулентный. Эта точка называется точкой перехода. Расположение ее на поверхности профиля тела зависит от вязкости и давления воздуха, скорости струек воздуха, формы тела и его положения в воздушном потоке, а также от шероховатости поверхности. Ламинарный пограничный слой отрывается легче от поверхности тела, чем турбулентный.